CC BY
75
Список использованной литературы
1. Воробьев В.А. «Строительные материалы»; М., Высшая школа, 1973.
2. http://plastichelper.ru/syre/prochee-syre/106?start=1
3. http://plastinfo.ru/information/articles/49
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА БЕЗНАПОРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
И ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ПОТОКА В ТЕЛЕ ЗЕМЛЯНЫХ ПЛОТИН ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ШЛАМОХРАНИЛИЩ
Д.С. Миканович, старший преподаватель,
Е.В. Куделко,
Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь,
г. Минск
Фильтрационные и гидротехнические расчеты земляных плотин проводятся с целью:
1) Построение кривой депрессии, а в необходимых случаях и сетки движения фильтрационного потока в теле земляной плотины и ее основании.
2) Определение фильтрационного расхода.
3) Оценки устойчивости грунтов в отношении механической суффозии и выпора.
4) Определение размеров и размещения противофильтрационных устройств (экранов, ядер и т.п.).
5) Определение размеров и расположения дренажных устройств, а также подбора обратных фильтров.
Кривая депрессии используется при статистических расчетах устойчивости откосов земляных плотин. По сетке движения определяется фильтрационный расход в случае, если аналитические зависимости для него отсутствуют, а также скорость фильтрации. Кривая депрессии позволяет сделать выводы в отношении дренирования низового откоса плотины [1].
Для уменьшения фильтрационного расхода в земляных плотинах применяются экраны, понуры, зубья, ядра, диафрагмы.
Наиболее опасными в отношении механической суффозии частями земляной плотины будут места выхода грунтовой воды в нижнем бьефе и дренажные устройства у подошвы низового откоса. В этих частях плотины устраивают обратные фильтры (дренаж в форме призмы из каменной наброски) [1].
Дренажные устройства в местах пересечения низового откоса плотины с поверхностью дна нижнего бьефа применяются с целью предотвращения вымыва грунта плотины и ее основания, что способствует увеличению общей устойчивости плотины. Дренажные устройства у подошвы низового откоса
плотины имеют широкое применение. Исключение составляют плотины смешанного типа, в которых низовая часть поперечного профиля выполняется из сильно фильтрующего материала, а также случаи, когда вода в нижнем бьефе отсутствует и кривая депрессии сопрягается с поверхностью грунтовых вод, не выклиниваясь на низовой откос плотины [2, 3].
С целью изучения процессов безнапорной фильтрации в теле земляных плотин шламохранилищ, закономерностей движения фильтрационного потока, определения скорости и коэффициента фильтрации были проведены лабораторные опыты на грунтовых моделях.
Исследование проводились в фильтрационном лотке 2,9*1,2*0,85 м., разделенном на 6 секций с помощью ДСП, не допускавшим перетока фильтрационного потока из одной секции в другую. Водоупором для моделей служило днище лотка. В лоток одновременно устанавливались модели земляных плотин: с ядром; с ядром и экраном; однородная земляная плотина; с наружным дренажем; с экраном; с понуром, имеющие следующие размеры: высота 0,4 м.; ширина по гребню 0,25 м.; заложение низового откоса - 1:2, верхового откоса 1:3 (масштаб 1:250).Низовой откос плотины поочередно устраивался снизовой призмой, без низовой призмы и с каналом (в зависимости от условий опыта).
Грунт тела плотины - песок средней группы крупности, состав которого приведен в таблице. При исследованиях использовались две жидкости: водопроводная вода и шлам.
Таблица
Состав исследуемого образца грунта
Диаметр ячеек сита, мм Меньше 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0 10,0 Всего
Масса частиц грунта, г 2,96 55,72 40,47 0,75 0 0 99,8
Относительное весовое содержание, % 2,97 55,68 40,60 0,75 0 0 100
Для измерения уровня воды (шлама) в плотине устанавливались трубчатые пьезометры, в количестве пяти штук, выведенные на общий щиток (рис. 1). Пьезометры в секциях 1 и 2 устанавливались за ядром и ядром с понуром соответственно. Пьезометры изготавливались из поливинилхлоридных трубок диаметром 10 мм. Для сброса и измерения профильтровавшейся воды (шлама) в нижнем бьефе в стенке лотка на уровне дна было сделано отверстие с водоотводящей трубкой.
Опыты проводились в следующем порядке. В первую очередь определялось положение кривой депрессии при различных уровнях воды в верхнем бьефе. Для этого модели после их изготовления замачивались путем медленного подъема уровня воды (шлама) в лотке до 0,324 м. После этого подача жидкости в лоток осуществлялась в объеме, компенсирующем потери на фильтрацию. После установления неизменного во времени режима фильтрации жидкости через тело плотины проводилось измерение уровня воды
в пьезометрах и фильтрационного расхода. Затем путем уменьшения расхода питания уровень жидкости в верхнем бьефе опускался на 4 см и опыт повторялся. Таким образом, для каждой модели фиксировались элементы фильтрационного потока для уровней 0,324 м.; 0,284 м; 0,244 м; 0,204 м.; 0,164 м.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки 1 - поперечный разрез; 2 - план размещения пьезометров, а - корпус лотка; б - внутренние перегородки; в (1,2,3,4) - пьезометры; г - трубка для поддержания постоянного уровня в
верхнем бьефе; д - сливная воронка
При анализе результатов опытов проводилось сравнение кривых депрессии при фильтрации воды и шлама через тело плотины при различных уровнях напорах в верхнем бьефе. Результаты обработки данных представлены на рисунках 2, 3: для однородной плотины с низовой призмой (рис. 2), без низовой призмы (рис. 3).
Исходя из полученных результатов можно сделать вывод, что фильтрационный расход при фильтрации шлама увеличивались от 25 до 45 % в сравнении с водой.
а) б)
Рис. 2. Кривые депрессии для однородной плотины с низовой призмой. а) фильтрация воды, б) фильтрация шлама
а)
б)
Рис. 3. Кривые депрессии для однородной плотины без низовой призмы. а) фильтрация воды, б) фильтрация шлама
Проведенные лабораторные исследования показали, что при небольших напорах положение кривой депрессии при фильтрации воды и шлама существенно не отличаются. Однако с увеличением напора в верхнем бьефе происходит изменение положение кривой депрессии (увеличивается скорость и коэффициент фильтрации) для всех моделей экспериментальных земляных плотин при фильтрации шлама по сравнению с водой. Также при проведении исследований было определено, что установления неизменного во времени режима фильтрации шлама через тело плотины происходит на 80 % быстрее, чем у воды.
Список использованной литературы
1. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Фильтрационные расчеты гидротехнических сооружений / В.И. Аравин, С.Н. Нумеров. Стройиздат, 1948.
- 225 с.
2. Корбут С.Ю. Модельные исследования дамб шламохранилищ на подрабатываемых территориях / С.Ю. Корбут. Водное хозяйство и гидротехническое строительство - Минск, 1988. - № 17. - 117-120 с.
3. Левкевич Е.М., Юхновец В.Н. Лабораторные исследования влияния волнения в верхнем бьефе на фильтрационный режим в напорной дамбе / Е.М. Левкевич, В.Н. Юхновец. Водное хозяйство и гидротехническое строительство
- Минск, 1972. - № 2 - 105-108 с.
